非向量測試技術(shù)在航空電子產(chǎn)品測試中的應(yīng)用探討

王志強

（長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124）

1 非向量測試技術(shù)的原理與必要性

非向量測試技術(shù)是一種測試編程技術(shù)，主要應(yīng)用于數(shù)字電路、模擬電路等測試中，非向量測試技術(shù)具有一定的優(yōu)點，即無需元件模型、無需器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、無需真值表，在實際的測量過程中既速度快又便于操作。在當(dāng)前我國基于技術(shù)進步而產(chǎn)生的復(fù)雜集成電路測試上有著較為明顯的優(yōu)勢[1]。非向量測試技術(shù)是一種模擬測試手段，在測試過程中，由于較低的激勵功率，不會對航空電子產(chǎn)品的器件造成損害；同時非向量測試技術(shù)還能夠?qū)鸢逯休^大的集成電路、專用電路等出現(xiàn)的焊接問題、電路短路問題等進行第一時間的檢測。通過對市場中部分航空電子產(chǎn)品的測試調(diào)研，發(fā)現(xiàn)航空電子產(chǎn)品中短路、安裝錯誤等問題層出不窮，甚至占比達(dá)到85%左右?；诖?，不論是向量測試還是非向量測試都能夠一定程度地降低故障概率，而將兩種測試方法對比，發(fā)現(xiàn)非向量測試技術(shù)能夠作為向量測試技術(shù)的補充技術(shù)，并且能夠更大程度地提升測試效率與測試質(zhì)量。

依照非向量測試技術(shù)的測試原理可以分為三種測量法，分別是節(jié)點等效參數(shù)法、二極管法與電容耦合法，比較具有代表性的技術(shù)分別為Fonde測試技術(shù)、AUTIC測試技術(shù)與OpenFix測試技術(shù)。

2 航空電子產(chǎn)品應(yīng)用非向量測試技術(shù)的具體方式

2.1 Fonde測試

Fonde測試也被稱為等效參數(shù)測試，測試對象是PCBA上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。在測試時，可以將被測試的電路板上所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與信號地進行等效兩端電路的轉(zhuǎn)化，電路板上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與信號地是通過電阻、二極管等多項組件構(gòu)成的器件網(wǎng)，其中一個電路節(jié)點接收到正弦電壓信號，相應(yīng)的信號地就會接收到同等的正弦電壓信號，但是信號地的接收程度取決于二者之間的連接狀態(tài)。Fonde測試的原理可以通過公式（1）（2）（3）來直觀地理解。

分析公式（1），可以看出，當(dāng)頻率升高時，感抗也會提升，但容抗會降低，進而影響到電抗，使其增加；反之，則阻抗會增加，容抗會升高，進而影響到電抗，使其減小。

Fonde測試能夠?qū)⒔鸢迳暇W(wǎng)絡(luò)節(jié)點的特征頻率以及受到影響的波形參數(shù)進行記錄學(xué)習(xí)，并以此為標(biāo)準(zhǔn)測試依據(jù)，以便進行后續(xù)對比[2]。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中只存在唯一的特征頻率，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與信號地之間的器件出現(xiàn)了故障問題，會導(dǎo)致兩端等效電路的電阻電抗出現(xiàn)變化，進而影響特征頻率的結(jié)果，相應(yīng)的波形參數(shù)也會發(fā)生變化。而這種唯一性極大程度地提升了Fonde測試技術(shù)的測試準(zhǔn)確性。

Fonde測試技術(shù)比之傳統(tǒng)的向量測試技術(shù)存在較大的優(yōu)點，首先，縮短測試時間，并且能夠控制下針的次數(shù)，使之最小化。其次，由于器件的數(shù)量高于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的個數(shù)，因此在進行PCBA板測試時，測量節(jié)點能夠比測量器件的時間少很多。再次，F(xiàn)onde測試在自學(xué)習(xí)的階段，只需要學(xué)習(xí)一次即可，不用多次調(diào)整，這一行為也減少了測試時間和測試次數(shù)。最后，由于Fonde測試是針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行的測試，只需要對各個節(jié)點進行一次下針即可，減少探針與器件之間的接觸次數(shù)，同時減少痕跡的數(shù)量[3]。

在航空電子產(chǎn)品的測試中，F(xiàn)onde測試要先調(diào)試金板，這一行為的作用是探查網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與信號地組成的等效兩端電路的頻率特征，當(dāng)找到頻率特征并對其進行調(diào)試時還能夠?qū)W習(xí)記錄在頻率影響下的波形參數(shù)[4]。若航空電子測試中某個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的偏離時段產(chǎn)生的頻率波形與常規(guī)模式下產(chǎn)生的頻率波形明顯不同，則說明測試結(jié)果符合Fonde測試原理。

在對航空電子產(chǎn)品進行了Fonde測試后，還應(yīng)當(dāng)測試其他所需測試項，以便找出其中的不穩(wěn)定因素，再進行調(diào)整。若在測試環(huán)節(jié)出現(xiàn)了報錯現(xiàn)象，要先檢查下針點的位置是否合理，之后結(jié)合實際情況調(diào)整下針點的位置，必要時進行更換。之后重新學(xué)習(xí)該測試項，當(dāng)所有的報錯項調(diào)整完畢后，要復(fù)測Fonde測試的內(nèi)容，經(jīng)由多次的反復(fù)測試判定Fonde測試的結(jié)果穩(wěn)定，這也可以說明Fonde測試的調(diào)試取得成功。

2.2 AUTIC測試

在非向量技術(shù)還沒有應(yīng)用到航空電子產(chǎn)品的測試前，通常會使用編寫真值表的方式來進行測試，非向量測試中僅有2～8根測試針，數(shù)量較少，難以滿足數(shù)字器件引腳過多的測試。此外，在測試中還需要加設(shè)輔助針，保證通電，但是加設(shè)的輔助針與原有器件之間的連接不夠緊密，且部分器件中并沒有安裝輔助針的位置，實際測試?yán)щy重重[5-7]。針對此情況，AUTIC測試技術(shù)能夠進行結(jié)構(gòu)模擬，模擬電路與數(shù)模混合電路，以此進行測試。

AUTIC測試能夠利用器件產(chǎn)生的靜電放電來防護二極管，利用器件與信號地之間產(chǎn)生的電壓以及器件中通過的電流，對其進行測量，以此得出器件管腳的連接狀態(tài)。這種測量方式要先經(jīng)由自學(xué)調(diào)試金板，記錄金板上各個器件的參數(shù)，并為參數(shù)設(shè)立一個區(qū)間范圍，以此范圍作為后續(xù)的測量標(biāo)準(zhǔn)，由于在AUTIC測試下，除了器件本身，各管腳也都參與了測試，對測試結(jié)果進行綜合分析能夠得到精準(zhǔn)的故障結(jié)論。

在航空電子產(chǎn)品的測試中，AUTIC測試?yán)昧硕O管效應(yīng)，正因如此，這種測試方式與二極管測試法有著異曲同工之處。利用AUTIC測試先對金板上的IC封裝類器件進行測試，若發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果中存在故障問題，則應(yīng)當(dāng)分析問題，并進行針對性的處理。

首先是測量值偏小的問題，當(dāng)這一問題出現(xiàn)后，易引起誤報，針對這項問題，可以通過調(diào)整電流參數(shù)來進行改良，先將電流參數(shù)上調(diào)，基本標(biāo)準(zhǔn)在50 mA，電流參數(shù)上調(diào)后提升探針之間的壓降，直到壓降在300 mV～700 mV區(qū)間內(nèi)。

其次是測量值偏大的問題，若測量值持續(xù)上升超出了閾值上限，則不必調(diào)試，直接自行學(xué)習(xí)即可。

最后是測量值超出量程的問題，當(dāng)測量值為6 V、10 V、100 000 mV時，結(jié)果已經(jīng)嚴(yán)重超出了量程，這時要先檢查下針點位置是否合理，如果下針點位置出現(xiàn)偏差則調(diào)整下針點位置，或者換一個測試點測試。如果下針點的位置正確，則此時應(yīng)當(dāng)考慮是否是二極管出現(xiàn)了問題。這時可以調(diào)整一下探針的位置，將兩個探針進行互換，若在互換后仍然測試失敗，則可以判定該測試點不具有信號地。這時可以判定AUTIC測試不再適用，可以使用OpenFix測試。

在調(diào)試后，利用AUTIC測試進行自主學(xué)習(xí)，從對某型號航空電子產(chǎn)品進行AUTIC測試后的結(jié)果來看，顯示AUTIC：123的測量值偏小，甚至在最小限值之下，針對這一點，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)電流。而AUTIC：231的測量值也超出了量程，顯示Missing Component，這時要先檢查探針的接觸點，避免接觸不良的問題，之后對探針進行位置和連接度的調(diào)整。若不是探針出現(xiàn)問題則可能是二極管導(dǎo)致的，要交換兩個探針的位置。最后AUTIC：435顯示超出規(guī)定值的上限，但是并沒有超出量程，這時需要進行自主學(xué)習(xí)。

2.3 OpenFix測試

OpenFix測試也被稱為電容耦合測試，是最早出現(xiàn)的一種非向量測試技術(shù)，OpenFix測試以電容耦合原理為基礎(chǔ)，能夠?qū)鸢迳细鞣NIC封裝器件的問題進行探測。用OpenFix測試進行航空電子產(chǎn)品的測試時，是在被測的器件上向管腳施加交流鼓勵，此外利用電容耦合探頭接收感應(yīng)電壓的信號。一般情況下，IC封裝引線耦合到檢測板的信號呈現(xiàn)了連通與開路10∶1的情況，也正是因為這種比值，使得OpenFix測試能夠更加準(zhǔn)確清晰地檢測管腳問題。

需要注意的是，OpenFix測試是以電容探頭與器件引線之間形成的電容耦合為基礎(chǔ)原理開展的，因此OpenFix測試具有一定的測試局限。例如芯片中，對于軟包裝封板裝芯片、倒裝芯片不適用，同時，存在接地平面的BGA封裝技術(shù)或是帶有接地散熱器的器件也不能進行OpenFix測試。

在航空電子產(chǎn)品的測試中，OpenFix測試并不是首要選擇，優(yōu)先選擇的測試技術(shù)往往是AUTIC測試技術(shù)，只有AUTIC測試技術(shù)無法滿足時，才會使用OpenFix測試。利用OpenFix測試進行測試時，要先確定PCB板的高度，以此判斷電容耦合探頭下降時的速度，避免下降速度過快對器件造成損傷[8-9]。此外，OpenFix測試還能夠自主學(xué)習(xí)所有的測試項目，在學(xué)習(xí)完成后，測試針調(diào)整其中的報錯點，首先確定下針點的位置，在調(diào)整后進行復(fù)測，直到最終的測試結(jié)果滿足規(guī)范。

2.4 測試改進

在常規(guī)的非向量測試技術(shù)在航空電子產(chǎn)品中的測量中，被測的電路板出現(xiàn)問題的概率并不高，因此，不需要全面系統(tǒng)地測試所有的電路板，依照非向量測試技術(shù)的特點，特別是Fnode測試技術(shù)，提出了一種針對非向量測試技術(shù)的改進方式，即以非向量測試為主、以向量測試為輔的工作流程。

在這種新型的以非向量測試為主、以向量測試為輔的工作流程中，編程的過程與常規(guī)的測試流程是趨于一致的，也需要進行一個個測試項的調(diào)試。但是這種改進測試不同于常規(guī)非向量測試技術(shù)的環(huán)節(jié)是：當(dāng)其對PCBA電路板利用Fnode測試技術(shù)進行測試時，對于發(fā)現(xiàn)的測量故障，可以采用針對性的向量測試技術(shù)來進行，以此更加精準(zhǔn)地探查出器件中存在的故障問題。若在測試中，所有的測試項都沒有出現(xiàn)問題，則不必使用向量測試，可以進入下一步的AUTIC測試與OpenFix測試。這兩種互補型的非向量測試技術(shù)會首先選用AUTIC測試技術(shù)，這是因為這種測試技術(shù)不需要額外附加硬件，檢測故障的效率更高，檢測覆蓋面更廣，當(dāng)出現(xiàn)部分芯片信號缺失的問題時，才會使用OpenFix測試技術(shù)，這種方式將非向量測試技術(shù)的質(zhì)量與速度進行了最佳結(jié)合，提升了解決故障定位的效率[10]。經(jīng)由對比實驗，改進后的測試方法比之常規(guī)模式下的非向量測試技術(shù)，測試時間由原本的45 min變成了20 min，極大程度地縮短了測試時間。

而Fnode測試的改進能夠優(yōu)化絕緣測試的結(jié)果，針對密度較高的電路板，在進行測試時，由于絕緣測試的內(nèi)容較多，因此要使用較長的時間進行測試，而使用Fnode測試技術(shù)優(yōu)化后，對于該測試中所包含的絕緣點項目不再進行單獨測試，只對沒有涉及的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以及報錯節(jié)點進行測試，利用這種方式能夠?qū)node測試的數(shù)量進行縮減，進而提升測試效率。例如對某個航空電子產(chǎn)品進行Fnode絕緣測試后，將原有的測試數(shù)量降低了7 000多條，測試時間縮減了20多分鐘。并且改進后還能夠測試模擬器件、定位出現(xiàn)故障的器件，在常規(guī)測試完畢后，進一步測試封裝類器件，判斷封裝類器件的正常與否。到這一步，整體的測試圓滿完成。

3 結(jié)論

綜上所述，將非向量測試技術(shù)應(yīng)用到航空電子產(chǎn)品的測試中，能夠?qū)崿F(xiàn)更加全面具體的測試，并且測試覆蓋面極廣，有助于更全面地探測器件中存在的故障問題，也便于后續(xù)的維修與更換。通過非向量測試，航空電子產(chǎn)品的返修率得到了控制，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證，而經(jīng)由文中最后提到的改進方式，將非向量測試技術(shù)與向量測試技術(shù)相結(jié)合更能夠縮減測試時間，提升測試效率。